The new approach to calculation of physiological cost of activity: antinociception and normalization of the respiratory pattern of heart rate variability

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose of this work is to propose an approach to the assessment of allostatic load based on the antinociceptive effect, which appears, obviously, due to changes in the activity of the endogenous opioid system (EOS); to compare the estimates obtained by measuring the pain threshold and calculating the index of respiratory effects on heart rate variability (HRV). The method of measuring the pain threshold is based on fixing the latent time of the thermonociceptive reaction (LTTR). The respiratory effect is measured by graphically determining the minimum normalized power of the fast HRV component in the range of 0.16...0.67 Hz, corresponding to the frequency of the respiratory pattern. Results. Based on small-volume experimental data (4 athletes and 4 episodes of physical activity), a quadratic two-factor regression equation was calculated for LTTR, respiratory effects factor and stress. A high correlation was demonstrated between the respiratory effect on HRV and the LTTR for one studied athlete. Conclusion. Using the example of sports, it is shown that it is possible to track the physiological cost of activities through LTTR. The inconveniences and subjectivity of the LTTR measurement procedure can be circumvented by replacing it with a normalized numerical index that considers the effect of breathing on HRV and the stress index. The proposed approach demonstrates the presence of reference values in the studied group, but requires further specially planned clinical studies.

About the authors

Marina Valentinovna Nikulina

Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0000-0003-1548-1583
ul. Ul'yanova, 46, Nizhny Novgorod , 603950, Russia

References

  1. Шлык Н. И. Управление тренировочным процессом спортсменов с учетом индивидуальных характеристик вариабельности ритма сердца // Физиология человека. 2016. Т. 42, № 6. С. 1–10. doi: 10.7868/S0131164616060187.
  2. Малик М., Биггер Дж. Т., Камм А. Дж., Кляйгер Р. Е., Маллиани А., Мосс А. Дж., Шварц П. Дж. Вариабельность сердечного ритма. Cтандарты измерения, физиологической интерпретации и клинического использования // Вестник аритмологии. 1999. № 11. С. 52–77.
  3. Бабунц И. В., Мириджанян Э. М., Машаех Ю. А. Азбука анализа вариабельности сердечного ритма. Ставрополь: Принт-мастер, 2002. 112 с.
  4. Михайлов В. М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения метода. Иваново: Иван. гос. мед. академия, 2002. 290 с.
  5. Гаврилова Е. А. Спорт, стресс, вариабельность: монография М.: Спорт, 2015. 168 с.
  6. Logier R., Jeanne M., De Jonckheere J., Tavernier B. Pain/Analgesia evaluation using heart variability analysis // Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, New York City, USA, 2006. P. 4303–4306. doi: 10.1109/IEMBS.2006.260494.
  7. Jeanne M., Logier R., De Jonckheere J., Tavernier B. Validation of a graphic measurement of heart rate variability to assess analgesia/nociception balance during general anesthesia // 31st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Minne-apolis, Minnesota, USA, 2009. P. 1840–1843. doi: 10.1109/IEMBS.2009.5332598.
  8. Droste C. Korperliche Belastung, endogene Opiate und Schmerz [Physical exercise, endogenousopiates and pain regulation] // Schmerz. 1991. Vol. 5, no 3. P. 138–147. doi: 10.1007/BF02528099.
  9. Парин С. Б. Люди и животные в экстремальных ситуациях: нейрохимические механизмы, эволюционный аспект // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Психология. 2008. Т. 2, № 2. С. 118–135.
  10. Калюжный Л. В. Физиологические механизмы регуляции болевой чувствительности. М.: Медицина, 1984. 216 с.
  11. Пузин М. Н., Вязьмин А. Я. Эндогенная опиоидная система в механизмах регуляции болевой чувствительности / В кн.: Болевая дисфункция височно-нижнечелюстного сустава. М.: Медицина, 2002. C. 140-146.
  12. Литвинова С. В., Надеждин А. В. Способ оценки состояния эндогенной опиоидной системы у человека: патент Рос. Федерация RU2199942; заявл. 27.04.2001; опубл. 10.03.2003.
  13. Литвинова С. В., Надеждин А. В., Авдеев С. Н., Хохлов С. Е., Тетенова Е.Ю., Теребилина Н. Н., Панченко Л. Ф., Габаева М. В., Соколов О.Ю., Шульговский В. В. Анализ соотношения порогов ноцицептивных реакций и оценки энкефалиновой активности сыворотки крови у больных героиновой наркоманией // Международный Медицинский Журнал. 2000. № 5. С. 431–435.
  14. Ledowski T., Tiong S. W., Lee C., Wong B., Fiori T., Parker N. Analgesia nociception index: evaluation as a new parameter for acute postoperative pain // British Journal of Anaesthesia. 2013. Vol. 111, no. 4. P. 627–629. doi: 10.1093/bja/aet111.
  15. Shahiri T. S., Richebe P., Richard-Lalonde M. Description of the validity of the Analgesia Nociception Index (ANI) and Nociception Level Index (NOL) for nociception assessment in anesthetised patients undergoing surgery: A systematised review // Journal of Clinical Monitoring and Computing. 2021. Vol. 36. P. 623–635. doi: 10.1007/s10877-021-00772-3.
  16. Спасова А. П., Тихова Г. П., Базаров Р. О. Индекс анальгезии-ноцицепции: возможности и пределы // Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2015. Т. 12, № 5. С. 64–70.
  17. Тарасова Н.Ю., Шмигельский А. В., Лубнин А.Ю., Куликов А. С. Количественный интраоперационный мониторинг анальгезии // Анестезиология и реаниматология. 2020. № 3. С. 27–36. doi: 10.17116/anaesthesiology202003127.
  18. Никулина М. В. Периодограмма Ломба-Скаргла при активизации эндогенной опиоидной системы // Безопасный спорт — 2022: IX международная научно-практическая конференция, Санкт-Петербург, 12–13 мая 2022. СПб.: Изд-во СЗГМУ им. И. И. Мечникова, 2022. C. 389–395.
  19. Полевая С. А. Интеграция эндогенных факторов в систему обработки экстерорецептивных сигналов: дис. доктора биологических наук: 03.00.02, 03.00.13. Ин-т теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 2009.
  20. Никулина М. В., Творогова О. В. Мониторинг анальгезии в тренировочном контроле // Современные подходы к оптимизации физического воспитания, спортивной тренировки и оздоровления населения: Материалы XXI международной научно-практической конференции, Н. Новгород, 9 декабря 2022. Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2022. C. 521–530.
  21. Никулина М. В., Антонец В. А Опыт оценки вариабельности сердечного ритма по сглаженным кардиоинтервалограммам // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2022. Т. 30, № 2. С. 176–188. doi: 10.18500/0869-6632-2022-30-2-176-188.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).